Giáo án Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức mới nhất - Vật Lí 12

Giáo án Vật Lí 12 Bài 4: Dao động tắt dần. Dao động cưỡng bức

I. MỤC TIÊU

 1. Kiến thức, kĩ năng, thái độ

a) Kiến thức

- Nêu được những đặc điểm của dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức, sự cộng hưởng.

- Nêu được để điều kiện để hiện tượng cộng hưởng xảy ra.

- Nêu được một vài ví dụ về tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng.

 b) Kỹ năng

- Giải thích được nguyên nhân của dao động tắt dần.

- Vẽ và giải thích được đường cong cộng hưởng.

- Vận dụng được điều kiện cộng hưởng để giải thích một số hiện tượng vật lí liên quan và giải một số bài tập tương tự ở trong bài.

- Giải thích được nhiều ứng dụng torng thực tế về cộng hưởng và kể ra được một vài ứng dụng khác.

c) Thái độ

- Hứng thú trong học tập, tìm hiểu khoa học.

- Có tác phong làm việc của nhà khoa học.

2. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh

- Năng lực giải quyết vấn đề thông qua các câu lệnh mà giáo viên (GV) đặt ra, tóm tắt các thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau.

 - Năng lực tự học, đọc hiểu và giải quyết vấn đề theo giải pháp đã lựa chọn thông qua việc tự nghiên cứu và vận dụng kiến thức về dao động tắt dần, cộng hưởng để giải thích các tình huống thực tiễn.

- Năng lực hợp tác nhóm: làm thí nghiệm, trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm.

- Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin.

II. CHUẨN BỊ

1. Giáo viên

A. Chuẩn bị thêm một số ví dụ về dao động cưỡng bức và hiện tượng cộng hưởng có lợi, có hại.

B. Các tờ giấy trắng A4, phiếu học tập.

C. Thí nghiệm về dao động cưỡng bức và cộng hưởng.

D. Tổ chức chia lớp thành các nhóm học tập phù hợp, …

2. Học sinh

a) Ôn lại kiến thức về thấu cơ năng con lắc lò xo .

b) Sách giáo khoa (SGK), vở ghi, thước kẻ, bút, giấy nháp, …

III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG HỌC CỦA HỌC SINH

1. Hướng dẫn chung.

2. Tổ chức từng hoạt động

A. KHỞI ĐỘNG

Hoạt động 1 (Khởi động): Tạo tình huống xuất phát.

a) Mục tiêu:

- Kiểm tra sự chuẩn bị kiến thức cũ GV đã giao về nhà.

- Tìm hiểu vì sao trong thực tế các dao động có biên độ giảm dần , vì sao một em bé có thể đưa võng cho người lớn mà võng lại dao động rất mạnh ?

b. Nội dung:

+ Kiểm tra sự chuẩn bị của học sinh bằng phiếu trả lời câu hỏi của GV.

+ Quan sát một số hình ảnh liên quan đến dao động tắt dần và cộng hưởng.

c. Tổ chức hoạt động:

- GV phát phiếu kiểm tra cho các nhóm (mỗi HS 1 tờ giấy có đánh số thứ tự từ 1 đến 10). YC HS ghi các phương án lựa chọn của mình vào phiếu khi GV đọc câu hỏi từ 1 đến 10. Sau đó thu bài của một số HS để chấm điểm.

- GV cho HS quan sát một số hình ảnh liên quan đến dao động tắt dần và cộng hưởng.

- Yêu cầu HS thảo luận xác định vấn đề nghiên cứu. HS mô tả về dao động tắt dần và dao động cưỡng bức?

- Tổ chức HS báo cáo kết quả trước lớp và dẫn dắt HS giải quyết vấn đề cần xác định.

d) Sản phẩm mong đợi: Ý kiến của các nhóm và nội dung ghi của học sinh.

- Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần.

- Dao động cưỡng bức.

e) Đánh giá:

- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).

- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.

B. HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 2: Định nghĩa, giải thích và ứng dụng của dao động tắt dần.

a.  Mục tiêu:

+ Nêu được định nghĩa về dao động tắt dần.

+ Giải thích được nguyên nhân dẫn đến sự tắt dần dao động.

+ Biết được các ứng dụng của dao động tắt dần.

b. Nội dung:

- GV yêu cầu HS phân tích hình 4.1 SGK và cho nhận xét về dao động của con lắc lò xo trong không khí.

- Học sinh được hướng dẫn để tìm hiểu dao động của vật trong con lắc lò xo dao động trong môi trường không khí có điểm gì khác so với dao động trong chân không.

- GV tổ chức cho HS thiết lập các kiến thức về dao động tắt dần, nguyên nhân dẫn đến dao động tắt dần và những ứng dụng của dao động tắt dần trong thực tế.

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, các nhóm thực hiện theo những yêu cầu sau:

+ Nhắc lại công thức tính cơ năng của dao động điều hòa?

+ Nếu không có ma sát thì cơ năng biến đổi thế nào? Biên độ biến đổi thế nào?

+  Nếu có ma sát thì cơ năng biến đổi như thế nào? Biên độ dao động có thay đổi không?

+Nêu nguyên nhân của dao động tắt dần?

+ Độ nhớt của môi trường ảnh hưởng thế nào đến dao động tắt dần?

+ Tìm hiểu các ứng dụng thực tiễn của dao động tắt dần?

c. Tổ chức hoạt động:

- Các nhóm quan sát hình vẽ để phát hiện có sự giảm dần của biên độ trong quá trình vật dao động trong không khí..

 - GV cho HS thảo luận nhóm trên cơ sở các câu hỏi mà GV yêu cầu .

 - GV chuyển giao nhiệm vụ: Khảo sát dao động tắt dần:

+ Định nghĩa.

+ Nguyên nhân làm cho dao động tắt dần.

+ Các ứng dụng của dao động tắt dần.

- Trong quá trình hoạt động nhóm, GV quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hỗ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm học sinh.

- Tổ chức cho các nhóm báo cáo kết quả và thảo luận để hoàn thành nhiệm vụ học tập.

d. Sản phẩm mong đợi: Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của HS.

+ Dao động tắt dần là dao động với biên độ giảm dần theo thời gian rồi dừng lại.

+  Lực cản môi trường sinh công âm làm giảm cơ năng của vật. Cơ năng giảm thì biên độ dao động giảm, tức là dao động tắt dần.

+ Dao động tắt dần càng nhanh nếu môi trường càng nhớt.

+ Các ứng dụng của dao động tắt dần như: bộ giảm xóc ở ô tô, xe máy, 

e. Đánh giá:

- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).

- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.          

Hoạt động 3: Tìm hiểu về dao động duy trì.

A. Mục tiêu hoạt động

+  Biết cách duy trì dao động cho con lắc.

+ Nêu được đặc điểm của dao động duy trì và ứng dụng của nó.

B. Nội dung:

Dựa vào SGK để nêu cách duy trì dao động, đặc điểm của dao động tắt dần.

Hình thức chủ yếu của hoạt động này là tự học qua tài liệu dưới sự hướng dẫn của GV để lĩnh hội được kiến thức.

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, các nhóm thực hiện theo những yêu cầu sau:

+ Muốn duy trì dao động không tắt dần, ta phải làm gì?

+ Nêu cách cung cấp năng lượng cho hệ.

+ Một người nằm võng muốn duy trì dao động của võng người đó có thể làm như thế nào?

+ Nếu duy trì dao động cho con lắc đồng hồ ( loại đồng hồ dây cót )người ta thường làm gì mà không cần tác dụng của ngoại lực?

C. Tổ chức hoạt động

GV giao cho mỗi nhóm nhiệm vụ học tập. HS ghi nhiệm vụ chuyển giao của GV vào vở, tiến hành  đọc tài liệu, ghi ý kiến của mình vào vở. Sau đó thảo luận nhóm, cùng  với nhóm để thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, GV quan sát HS tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm HS.

D. Sản phẩm hoạt động mong đợi

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của HS các khái niệm                          

+ Nêu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động tắt dần để bù lại cho sự tiêu hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kì riêng của nó thì dao động kéo dài mãi và được gọi là dao động duy trì.

+   Cứ mỗi chu kì ta  tác dụng vào vật (trong thời gian ngắn) một lực cùng chiều với chuyển động để truyền thêm năng lượng cho vật.

+ Dao động duy trì có tần số bằng tần số dao động riêng của hệ và có biên độ dao động không đổi.

e. Đánh giá:

- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).

- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.

Hoạt động 4: Tìm hiểu dao động cưỡng bức. Cộng hưởng.

A. Mục tiêu hoạt động

- Nêu được dao động cưỡng bức là gì ? Các đặc điểm của loại dao động này.

- Nêu được hiện tượng cộng hưởng là gì ? Các đặc điểm của cộng hưởng và điều kiện để hiện tượng này xảy ra. Ứng dụng của hiện tượng cộng hưởng? Tác hại của cộng hưởng cần phải tránh?

B. Nội dung:

GV làm thí nghiệm về dao động cưỡng bức yêu cầu HS theo dõi để nhận xét và đọc SGK để nêu các khái niệm về :

- Dao động cưỡng bức.

- Các đặc điểm của dao động cưỡng bức.

- Cộng hưởng .

-  Điều kiện để có cộng hưởng và tác dụng của cộng hưởng.

Hình thức chủ yếu của hoạt động này là làm thí nghiệm và tự học qua tài liệu dưới sự hướng dẫn của GV để lĩnh hội được kiến thức.

Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, các nhóm thực hiện theo những yêu cầu sau:

+ Chuyển động của vật dưới tác dụng của ngoại lực nói trên như thế nào? Phân tích vì sao chuyển động chia làm 2 giai đoạn.

+ Dao động cưỡng bức là gì? Quan sát thí nghiệm để rút ra các đặc điểm của dao động cưỡng bức?

+ Khi bố trí để tần số của dao động cưỡng bức bằng tần số dao động riêng thì biên độ của dao động cưỡng bức có đặc điểm gì?

+ Cộng hưởng là gì? Điều kiện để có cộng hưởng?

+ Ma sát của môi trường ảnh hưởng như thế nào đến cộng hưởng?

+ Chỉ ra một số tác dụng có lợi và cách phát huy, tác dụng có hại và cách tránh?

C. Gợi ý tổ chức hoạt động

GV cử một nhóm HS tiến hành làm thí nghiệm theo hướng dẫn của mình kèm nhiệm vụ học tập cho các thành viên khác. HS ghi nhiệm vụ chuyển giao của GV vào vở, tiến hành làm thí nghiệm và quan sát kết quả, đọc tài liệu, ghi ý kiến cá nhân vào vở của mình. Sau đó thảo luận nhóm, cùng làm thí nghiệm với nhóm để đưa ra báo cáo, thống nhất cách trình bày kết quả thảo luận nhóm, ghi vào vở cá nhân ý kiến của nhóm.

Trong quá trình hoạt động nhóm, GV quan sát HS làm thí nghiệm, tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân hoặc nhóm HS.

D. Sản phẩm hoạt động mong đợi

Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của HS các khái niệm :

- Xét dao động giản đơn là dao động của con lắc đơn, để không tắt dần, cách đơn giản nhất là ta tác dụng vào nó một ngọai lực biến đổi tuần hoàn, gọi là lực cưỡng bức.

- dao động cưỡng bức là điều hòa.

- Tần số góc dao động cưỡng bức bằng tần số góc W của ngoại lực.

- Biên độ dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ ngoại lực và phụ thuộc tần số góc của ngoại lực.

- Cộng hưởng là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng( gần bằng) tần số riêng của hệ.

- Điều kiện xảy ra cộng hưởng: Tần số góc W của ngoại lực bằng tần số góc riêng ωo của hệ.

Đồng thời trả lời được câu hỏi: vì sao một em bé có thể đưa võng cho người lớn mà võng lại dao động rất mạnh ?

e. Đánh giá:

- GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần).

- GV có thể tổ chức cho HS đánh giá lẫn nhau thông qua các tiêu chí trong quá trình báo cáo kết quả hoạt động (thời gian thực hiện, số lượng ý kiến, mức độ hoàn thành, ghi chép).

- Căn cứ vào sản phẩm học tập và thái độ học tập, GV đánh giá được sự tiến bộ của HS, đánh giá được khả năng vận dụng giải quyết tình huống vào thực tiễn.

C. LUYỆN TẬP

Hoạt động 5: Hệ thống hoá kiến thức và luyện tập

A. Mục tiêu hoạt động

Quan sát bảng ghi hoặc màn hình máy chiếu để thảo luận nhóm nhằm chuẩn hoá kiến thức và luyện tập.

B. Nội dung:

+ Khái niệm về dao động tắt dần, dao động duy trì, dao động cưỡng bức .

+ Phân biệt điểm khác nhau giữa dao động duy trì và dao động cưỡng bức.

+ Cộng hưởng và điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng.

+ Tác dụng của dao động tắt dần, của cộng hưởng trong kỹ thuật và đời sống. Trường hợp nào cần phát huy, trường hợp nào cần hạn chế.

+ GV giao cho HS luyện tập một số bài tập đã biên soạn.

B. Gợi ý tổ chức hoạt động

GV yêu cầu HS quan sát lên bảng ghi hoặc xem các slide do giáo viên trình chiếu để thảo luận nhóm nhằm chuẩn hoá kiến thức. Khi GV dùng slide thì yêu cầu HS nhắc lại hoặc thảo luận để hoàn thiện các khái niệm vừa mới học ở từng slide một. Qua đó GV hệ thống và cùng HS chốt kiến thức. Sau cùng, HS thảo luận và giải các bài tập do GV đưa ra.

          1. Trắc nghiệm

Câu 1:  Phát biểu nào sai khi nói về dao động tắt dần:

A. Biên độ dao động giảm dần

B. Cơ năng dao động giảm dần

C. Tần số dao động càng lớn thì sự tắt dần càng chậm

D. Lực cản và lực ma sát càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh

Câu 2:  Dao động duy trì là dao động tắt dần mà ta đã:

A. Làm mát lực cản môi trường đối với vật chuyển động

B. Tác dụng ngoại lực biến đổi điều hoà theo thời gian vào vật

C. Tác dụng ngoại lực vào vật dao động cùng chiều với chuyển động trong một phần của từng chu kì

D. Kích thích lại dao động khi dao động bị tắt dần

Câu 3:  Trong những dao động tắt dần sau, trường hợp nào tắt dần nhanh là có lợi:

A. Dao động của khung xe qua chỗ đường mấp mô

B. Dao động của đồng hồ quả lắc

C. Dao động của con lắc lò xo trong phòng thí nghiệm

D. Cả B và C đều đúng

Câu 4:  Chọn câu đúng trong các câu sau:

A. Dao động điều hoà là một dao động tắt dần theo thời gian

B. Chu kì dao động điều hoà phụ thuộc vào biên độ dao động

C. Khi vật dao động ở vị trí biên thì thế năng của vật lớn nhất

D. Biên độ dao động là giá trị cực tiểu của li độ

Câu 5:   Biên độ dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào:

A. Pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật

B. Biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật

C. Tần số ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật

D. Hệ số lực cản tác dụng lên vật

Câu 6:  Điều kiện nào sau đây là điều kiện của sự cộng hưởng:

A. Chu kì của lực cưỡng bức phải lớn hơn chu kì riêng của hệ

B. Lực cưỡng bức phải lớn hơn hoặc bằng một giá trị F0 nào đó

C. Tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ

D. Tần số của lực cưỡng bức phải lớn hơn nhiều tần số riêng của hệ

Câu 7:  Dao động dưới tác dụng của ngoại lực biến thiên điều hoà F = F0sin(ωt + φ) gọi là dao động:

A. Điều hoà

B. Cưỡng bức                

C. Tự do

D. Tắt dần

Câu 8:  Chọn câu sai khi nói về dao động cưỡng bức:

A. Là dao động dưới tác dụng của ngoai lực biến thiên tuần hoàn

B. Là dao động điều hoà

C. Có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức

D. Biên độ dao động thay đổi theo thời gian

Câu 9:  Biên độ của dao động cưỡng bức không phụ thuộc vào:

A. Hệ số lực cản tác dụng lên vật

B. Tần số ngoại lực tác dụng lên vật

C. Pha ban đầu của ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật

D. Biên độ ngoại lực tuần hoàn tác dụng lên vật

Câu 10. Con lắc lò xo gồm vật nặng100g và lò xo nhẹ có độ cưng k = 40(N/m). Tác dụng một ngoại lực điều hòa có biên độ F0 và tần số   (Hz) thì biên độ dao động của hệ là A1. Nếu giữ nguyên biên độ F0 và tăng tần số ngoại lực lên giá trị  (Hz) thì biên độ dao động của con lắc là A2.  So sánh A1 và A2 ta có

A. A2 = A1

B. A2 < A1

C. Chưa đủ điều kiện để kết luận.

D. A2 > A1

2. Tự luận

Bài 1. Một chiếc xe chạy trên con đường lát gạch, cứ sau 15m trên đường lại có một rãnh nhỏ. Biết chu kì dao động riêng của khung xe trên các lò xo giảm xóc là 1,5s. Hỏi vận tốc của xe bằng bao nhiêu thì xe bị xóc mạnh nhất?

Bài 2. Một con lắc dao động tắt dần chậm. Cứ sau mỗi chu kỳ, phần năng lượng của con lắc bị mất đi trong một dao động toàn phần là  6%. Như vậy, sau mỗi chu kỳ biên độ giảm bao nhiêu phần trăm?

C. Sản phẩm hoạt động

- Báo cáo kết quả hoạt động nhóm và nội dung vở ghi của HS.

- Câu trả lời hoặc lời giải các bài tập do GV đưa ra.

D. VẬN DỤNG, TÌM TÒI MỞ RỘNG

Hoạt động 6: Tìm hiểu ứng dụng của dao động tắt dần, dao động duy trì và cộng hưởng trong đời sống và trong kĩ thuật

     A. Mục tiêu hoạt động

Giúp HS tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tuỳ theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau.

B. Nội dung: Chọn các câu hỏi và bài tập để tìm hiểu một phần trong lớp (nếu đủ thời gian) và phần còn lại tự tìm hiểu ở ngoài lớp học.

- Tìm hiểu thêm một số ứng dụng của cộng hưởng ngoài SGK đã nêu ra.

C.  Gợi ý tổ chức hoạt động

GV đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ để HS thực hiện một phần tại lớp học và phần còn lại ở ngoài lớp học.

HS ghi nhiệm vụ vào vở. Sau đó thảo luận nhóm để đưa ra cách thực hiện về những nhiệm vụ này một phần tại lớp học và phần còn lại ở ngoài lớp học.

GV ghi kết quả cam kết của cá nhân hoặc nhóm HS, hướng dẫn, gợi ý cách thực hiện cho HS, hướng dẫn HS tự đánh giá hoặc đánh giá lẫn nhau.

D. Sản phẩm hoạt động

Bài tự làm vào vở ghi của HS.

Tài liệu còn nhiều trang, mời các bạn tải xuống để xem đầy đủ!

Xem thêm các bài soạn Giáo án Vật Lí lớp 12 hay, chi tiết khác:

Giáo án Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số. Phương pháp Fre-Nen

Giáo án Thực hành: Khảo sát thực nghiệm các định luật dao động của con lắc đơn

Giáo án Sóng cơ và sự truyền sóng cơ

Giáo án Giao thoa sóng

Giáo án Sóng dừng